JPH074059B2 - 直流機の整流補償装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流機の無火花運転のための整流補償装置に関
する。

〔従来の技術〕

直流機の整流補償は、補極鉄心に巻装した補極補助巻線
に流す電流を、ブラシ電圧検出信号あるいは関数発生器
からの制御信号に基づいて制御することによつて行われ
ており、具体的には特開昭58−204757号公報や特開昭58
−159690号公報に記載されたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の整流補償装置において、ブラシ電
圧検出信号によるものはブラシの振動によつてブラシ電
圧が変化するために信頼性の高い整流補償制御を行うこ
とができず、また関数発生器からの制御信号によるもの
は摺動面に形成される皮膜等によつて特性が変化したと
きにこの変化に追従できないため長期間に亘つて安定し
た整流補償装置を行うことができない欠点があつた。

従つて本発明は、長時間に亘つて安定した高信頼性の整
流補償制御を行うことができる補償装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこの目的を達成するために、直流機の状態を検
出する状態検出装置（Ａ）と、状態検出装置（Ａ）から
の検出信号を入力して直流機の補極補助巻線（11）に電
流を流して整流補償を行う補極補助巻線電流制御装置
（Ｂ）とを備えた直流機の整流補償装置であって、状態
検出装置（Ａ）は、電機子（１）に流れる負荷電流と電
機子（１）の回転数を検出する負荷検出手段（2,14,1
5）と、整流火花を検出する整流火花検出手段（10,17）
と、補極補助巻線（11）に流れる電流を検出する電流検
出器（18）とを備えたものとし、補極補助巻線電流制御
装置（Ｂ）は、マイクロコンピュータ（16）と、電流制
御回路（12）とを備えたものとし、マイクロコンピュー
タ（16）は、電機子負荷に対応して予め求められた適正
補極補助巻線電流値を記憶し、負荷検出手段（2,14,1
5）からの検出値に対応させて前記適正補極補助巻線電
流値を読出し、読出された前記適正補極補助巻線電流値
に前記電流検出手段（18）からの検出値が一致するよう
に電流制御回路（12）に制御信号を出力し、整流火花検
出手段（10,17）からの検出値により記憶された前記適
正補極補助巻線電流値を修正するものとし、電流制御回
路（12）はマイクロコンピュータ（16）の出力信号であ
る制御信号を入力して補極補助巻線（11）に流れる電流
を制御するものとしたことを特徴とする。

〔作用〕 マイクロコンピュータ（16）は、負荷検出手段（2,14,1
5）からの検出値に対応させて記憶した適正補極補助巻
線電流値を読出す。電流制御回路（12）は読出された適
正補極補助巻線電流値に基づいて補極補助巻線電流を制
御して無火花整流となるような整流補償を行う。そして
実負荷運転期間中に整流特性が変化して整流火花が発生
すると、整流火花検出手段（10,17）がこの火花発生を
検出し、マイクロコンピュータ（16）がこの検出結果に
基づいて記憶されている適正補極補助巻線電流値を修正
し、その後はこの修正された適正補極補助巻線電流値を
読出して補極補助巻線電流を制御し、整流火花の発生を
防止する。

〔発明の実施例〕

第１図〜第３図を参照して本発明の一実施例を説明す
る。

第１図において、電機子１は電機子鉄心と該電機子鉄心
に巻回した電機子巻線と該電機子巻線に接続された整流
子によつて構成され、その回転数は回転数検出器２によ
つて検出される。整流子に摺動する一対のブラシ3a,3b
のうち一方のブラシ3aは一方の電源端子4aに接続され、
他方のブラシ3bは補償巻線５と補極巻線６を介して他方
の電源端子4aに接続される。継鉄７に設けられた主極鉄
心８には界磁巻線９が巻装されて主極を構成すると共
に、この主極鉄心８には整流火花検出コイル10が設けら
れる。また前記継鉄７には補極鉄心（図示せず）も設け
られ、この補極鉄心に前記補極巻線６と補極補助巻線11
が巻装される。

電機子１における電機子巻線電流の整流は、整流子片が
ブラシ3a,3bの下を通過することによつてこの整流子片
に接続された巻線（整流コイル）の電流の向きが反転す
る現像であつて、この整流コイルはインダクタンス成分
を有しているためこの電流の変化に応じたリアクタンス
電圧がこの整流コイルに誘起される。そしてこのリアク
タンス電圧が過大になると整流火花を発生する。

補極は整流コイルに整流起電力を誘起させてリアクタン
ス電圧を打消すための補極磁束を前記整流コイルに作用
させるためのもので、この補極磁束は補極巻線６の電流
によつて作られる。しかし、この補極からの磁束量が多
過ぎると過整流となつて整流火花が発生しやすくなり、
磁束量が少な過ぎると不足整流となつて整流火花が発生
しやすくなる。過整流になつて整流火花発生に至るまで
の限界と不足整流になつて整流火花が発生するまでの限
界の間が無火花帯となり、この無火花帯の中心で整流が
行なわれるように補極磁束量（以下整流補償量という）
を設定することによつて安定した無火花整流状態とな
る。整流補償量は補極補助巻線11に流す補極補助巻線電
流の大きさを制御することによつて変えることができ
る。

整流補償量を変えるために、補極補助巻線11は電流制御
回路12を介して外部電源13に接続される。電流制御回路
12は補極補助巻線11への電流を制御する半導体スイツチ
ング素子からなる主回路と半導体スイツチング素子の通
流時間を決定するゲート回路等で構成される。電機子１
に流れる電機子電流を検出するために電流検出器14が設
けられ、この電流検出器14からの電機子電流検出信号と
回転数検出器２からの回転数検出信号は乗算器15に導か
れてデイジタル信号に変換され、マイクロコンピユータ
16に入力される。

主極鉄心８に設けられた整流火花検出コイル10には過不
足整流における整流火花発生時の急峻な電流変化に感応
して電圧が誘起される。この誘起電圧は整流補償量の過
不足によつて極性が反転することから、この誘起電圧か
ら整流火花の発生有無と整流補償量の過不足を知ること
ができる。整流火花検出コイル10の出力電圧は波形処理
回路17を介してマイクロコンピユータ16に入力される。

また補極補助巻線電流も電流検出器18で検出されてマイ
クロコンピュータ16に入力される。

マイクロコンピュータ16は電源19から電力供給を受け、
前記３つの入力信号をもとに前記電流制御回路12のため
のゲート信号を発生する。

ところで、直流機の補極巻線６による無火花帯の特性
は、第３図の（ａ）に示すように整流補償量が最適な場
合と、（ｂ）に示すように整流補償量が不足で不足整流
の場合と、（ｃ）に示すように整流補償量が過剰で過整
流の場合とがある。直流機はその無火花帯が第３図
（ａ）の特性となるように補極の空隙長さ設定される
が、固体差やその後の特性変化によつて（ｂ）あるいは
（ｃ）のように変化する。

この実施例では、直流機を試運転して各負荷状態におけ
る無火花帯を検出し、この無火花帯における中心の整流
補償量を得るための補極補助巻線電流値を求めて記憶手
段に記憶しておき、その後の実負荷運転時には各負荷状
態に応じてこの補極補助巻線電流値を読出して補極補助
巻線電流を制御する。そしてこのような補極補助巻線電
流制御によつても、その後の直流機の特性変化によつ
て、整流火花が発生した場合にはこれを検出して記憶値
を修正しながら無火花帯で整流が行われるように補極補
助巻線電流を修正する。

このような補極補助巻線電流制御はマイクロコンピユー
タ16による制御のもとに実行される。

以下、第２図を参照してマイクロコンピユータ16による
制御動作フローを説明する。

ステツプ21では直流機の運転が試運転か実負荷運転かを
判断する。この判断のための信号はオペレータの指示に
よつて与えられる。試運転である場合にはステツプ22に
移つてそのときの電機子鉄心I₃（以下、第３図における
電機子電流がI₃である場合を例にとつて説明する）と回
転数Ｎとを読込み、ステツプ23に移つて波形処理回路17
からの出力信号をチエツクして無火花状態か否かを判断
する。無火花状態である場合にはステツプ24に移つてゲ
ート信号を増加させて補極補助巻線電流を増加し、整流
補償量を増加（補極を増磁）する。そしてステツプ25に
移つて波形処理回路17からの出力信号をチエツクして無
火花状態か否かを判断する。無火花状態であればステツ
プ24に戻つて更に増磁し、整流火花発生が検出されたら
ステツプ26に移つてそのときの補極補助巻線電流＋I_p1
を無火花帯上限値として所定のメモリエアリに記憶す
る。

次にステツプ27に移つてゲート信号を減少させて補極補
助巻線電流を減少し、整流補償量を減少（補極を減磁）
する。そしてステツプ28に移つて波形処理回路17の出力
信号をチエツクして無火花状態か否かを判断する。無火
花状態であればステツプ27に戻つて更に減磁し、整流火
花発生が検出されたらステツプ29に移つてそのときの補
極補助巻線電流−I_p2を無火花帯下限値として所定のメ
モリエリアに記憶する。

ステツプ30では上記処理によつて検出した無火花帯の上
下限値を示す補極補助巻線電流＋I_p1，−I_p2をもとに、
無火花帯中心となる適正補極補助巻線電流値i_pを次式に
より求めてメモリに記憶する。

このような処理は無火花帯の上限値＋I_p1と下限値−I_p2
が第３図（ａ）に示すような場合に実行され、該直流機
の使用範囲内において電機子電流Ｉと回転数Ｎを変化さ
せて上記処理をくり返してそれぞれの負荷状態における
適正補極補助巻線電流値i_pをメモリに記憶する。

ところで、直流機の補極巻線６による整流補償量が不足
または過剰で第３図の（ｂ）または（ｃ）のような無火
花帯特性である場合には、電機子電流がI₃であるときに
は補極補助巻線電流が０のときに整流火花が発生する。
この整流火花発生がステツプ23で検出されるとステツプ
31に移り、波形処理回路17から入力される信号の極性を
チエツクして不足整流か否かを判断する。第３図の
（ｂ）におけるように不足整流である場合はステツプ32
に移つてゲート信号を増加させて補極補助巻線電流を増
加し、整流補償量を増加（補極を増磁）する。そしてス
テツプ33に移つて無火花状態になつたか否かを判断し、
整流火花発生状態であればステツプ32に戻つて更に増磁
し、無火花状態が検出されたらステツプ34に移つてその
ときの補極補助巻線電流＋I_p2′を無火花帯下限値とし
て所定のメモリエリアに記憶する。

次にステツプ35に移つて更に増磁した後にステツプ36で
整流火花が発生しているか否かを判断し、整流火花が検
出されればステツプ37に移つてこのときの補極補助巻線
電流＋I_p1′を無火花帯の上限値として所定のメモリエ
リアに記憶する。その後、ステツプ38に移つて上記処理
で検出した無火花帯の上下限値＋I_p1′，＋I_p2′をもと
に無火花帯の中心となる適正補極補助巻線電流値i_p′を
次式により求めてメモリに記憶する。

一方、第３図の（ｃ）に示すように過整流である場合に
はステツプ31からステツプ39に移り補極を減磁する。こ
のときは補極補助巻線電流の方向を反転させる。そして
ステツプ40で整流火花を検出し、無火花状態になるまで
減磁する。無火花状態が検出されるとステツプ41に移つ
てこのときの補極補助巻線電流−I_p1″を無火花帯の上
限値として所定のメモリエリアに記憶する。その後、ス
テツプ42で更に減磁し、ステツプ43で整流火花が発生し
ているか否かを判断し、整流火花が発生するまで減磁を
くり返す。そして整流火花の発生が検出されるとステツ
プ44に移つてこのときの補極補助巻線電流−I_p2″を無
火花帯の下限値として所定のメモリエリアに記憶する。
ステツプ45では前記上下限値−I_p1″，−I_p2″をもとに
無火花帯の中心となる適正補極補助巻線電流値i_p″を次
式により求めてメモリに記載する。

なおステツプ30a,38aおよび45aは前述した処理において
記憶した適正補極補助巻線電流値i_p〜i_p″を読出して実
負荷運転時の補極補助巻線電流制御を実行しているとき
の整流火花検出時に、メモリに記憶した前記補正補極補
助巻線電流値i_p〜i_p″を修正する処理である。

このようにして各負荷状態において望ましい適正補助巻
線電流値i_p〜i_p″が記憶され、その後の実負荷運転時に
はステツプ46において電機子電流Ｉと回転数Ｎを取込ん
でステツプ47に移り、この電機子電流Ｉと回転数Ｎに応
じた適正補極補助巻線電流値i_p〜i_p″をメモリから読出
す。そしてステツプ48に移り、この値に応じた適正補極
補助巻線電流を補極補助巻線11に流すように電流制御回
数12へのゲート信号を制御する。その後、ステツプ49に
おいて整流火花が発生しているか否かを判断し、無火花
状態であればステツプ50でそのまま運転を継続する。

試運転時に求めた適正補極補助巻線電流値i_p〜i_p″に従
つて補極補助巻線電流を制御している場合であつても、
無火花帯が狭く、しかもその後に整流子に形成される皮
膜等の影響によつて整流特性が変化すると、整流火花が
発生することがある。この場合にはステツプ49からステ
ツプ51に移り、波形処理回路17からの出力信号をチエツ
クして過整流か否かを判断し、過整流の場合にはステツ
プ52に移つて補極補助巻線電流修正値−ΔI_pを求める。
補極補助巻線電流修正値−ΔI_pは波形処理回路17からの
出力信号の大きさに対応して予め定められており、この
修正値−ΔI_pを取得した後にステツプ30a,38aまたは45a
に戻つて適正補極補助巻線電流値i_p〜i_p″の記憶値を修
正する。

一方、ステツプ51で不足整流と判断された場合にはステ
ツプ53に移り、前述の場合と同様に予め定められた補極
補助巻線電流修正値＋ΔI_pを取得してステツプ30a,38a
または45aに戻つて補極補助巻線電流値i_p〜i_p″の記憶
を修正する。

その後はこの修正された適正補極補助巻線電流値i_p〜
i_p″を読出しての補極補助巻線電流制御が実行され、こ
のときに整流火花が発生すれば再び適正補極補助巻線電
流値i_p〜i_p″の記憶を修正される。

以上に述べた実施例は、適正補極補助巻線電流値i_p〜
i_p″を直流機の試運転による実測結果で求めたが、設計
値から求めて設定してもよく、また、無火花帯の中心位
置以外の値を適正値としてもよい。更に、整流火花の検
出は、検出ブラシをブラシ後端に設けるスタツド形火花
検出法、ブラシ間電圧に重畳される火花ノイズを検出す
る電機子電圧検出法等を採用してもよい。更に、電機子
電流Ｉや回転数Ｎはそのままマイクロコンピュータ16内
に取込んで処理してもよいことは明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、整流補償量制御のための適正補
極補助巻線電流値をマイクロコンピュータに記憶させて
おき、実負荷運転時にこの適正補極補助巻線電流値を読
出して補極補助巻線電流を制御するので整流補償量が適
正になり、またその後の整流特性の変化によつてこの記
憶値では整流火花が発生するようになつた場合にはこの
記憶値を修正するようにしたので、長期間に亘つて安定
した整流補償制御を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は電気的
ブロツク図、第２図は整流補償制御を実行するマイクロ
コンピユータの動作フローチヤート、第３図（ａ）〜
（ｃ）は無火花特性図である。 １……電機子、２……回転数検出機、3a,3b……ブラ
シ、６……補極巻線、８……主極鉄心、９……界磁巻
線、10……整流火花検出コイル、11……補極補助巻線、
12……電流制御回路、14……電流検出器、16……マイク
ロコンピユータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 正 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−3555（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−58894（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−149466（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流機の状態を検出する状態検出装置
   （Ａ）と、状態検出装置（Ａ）からの検出信号を入力し
   て直流機の補極補助巻線（11）に電流を流して整流補償
   を行う補極補助巻線電流制御装置（Ｂ）とを備えた直流
   機の整流補償装置であって、 前記直流機は、主極鉄心（８）とそれに巻回された界磁
   巻線（９）とを有する主極と、補極鉄心とそれに巻回さ
   れた補極巻線（６）および補極補助巻線（11）とを有す
   る補極と、電機子鉄心とそれに巻回された電機子巻線と
   該電機子巻線に接続された整流子とを有する電機子
   （１）と、前記整流子に摺動するブラシ（3a,3b）とを
   備えたものであり、 状態検出装置（Ａ）は、電機子（１）に流れる負荷電流
   と電機子（１）の回転数を検出する負荷検出手段（2,1
   4,15）と、整流火花を検出する整流火花検出手段（10,1
   7）と、補極補助巻線（11）に流れる電流を検出する電
   流検出器（18）とを備えたものであり、 補極補助巻線電流制御装置（Ｂ）は、マイクロコンピュ
   ータ（16）と、電流制御回路（12）とを備えたものであ
   り、 マイクロコンピュータ（16）は、電機子負荷に対応して
   予め求められた適正補極補助巻線電流値を記憶し、負荷
   検出手段（2,14,15）からの検出値に対応させて前記適
   正補極補助巻線電流値を読出し、読出された適正補極補
   助巻線電流値に前記電流検出手段（18）からの検出値が
   一致するように電流制御回路（12）に制御信号を出力
   し、整流火花検出手段（10,17）からの検出値により記
   憶された前記適正補極補助巻線電流値を修正するもので
   あり、 電流制御回路（12）は、マイクロコンピュータ（16）の
   出力信号である制御信号を入力して補極補助巻線（11）
   に流れる電流を制御するものである直流機の整流補償装
   置。